28、量子光学与原子光学的新进展

量子光学与原子光学的新进展

1. 非线性干涉仪的噪声与信号特性

在量子光学和原子光学领域，非线性干涉仪的研究有着重要意义。实验发现，非线性干涉仪在相消干涉时的噪声低于单个放大器的噪声。不过，其干涉最小值处的噪声仍未达到真空噪声水平，比真空噪声高 3.3 dB。但相对于线性干涉仪，它能使信号增强 7.4 dB，进而将信噪比提高 4.1 dB。

这一实验结果证实了非线性干涉仪中的量子干涉不仅能放大信号，还能在相消干涉时抵消大部分相关噪声。然而，干涉仪内部的光学损耗会引入额外的、无法抵消的非相关真空噪声，这也是非线性干涉仪噪声最小值高于标准量子极限（SQL）的主要原因。

1.1 增益对信号和噪声的影响

当干涉仪中四波混频的增益增加时，信号会被放大，同时干涉仪的噪声也会增加，且与真空噪声水平的差距会进一步拉大。

通过改变图 2.52 中 PA2 的噪声增益（dB），可以观察到噪声和信号的变化情况：
- 曲线 c 表示非线性干涉仪输出端的噪声高于真空噪声。
- 曲线 a 代表信号的增强值。
- 曲线 b 呈现信噪比的增加情况。

从图 2.52 可以看出，当增益较小时，信噪比会随增益的增加而提高；当噪声增益达到 4 dB 时，信噪比的增强基本保持在 4.1 dB 左右。

1.2 相关研究的总结表格

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